Guia Panells solars
Això és una petita guia amb nocions bàsiques per poder camperitzar. A tots ens agrada saber que fem i perquè sense por que sigui perillós o fem malbé alguna cosa. Tot allò escrit aquí és una recopilació basada en la investigació, l'experiència pròpia o als comentaris dels usuaris. Si veus algun error comenta'ns-ho i ho anirem modificant amb les aportacions de tots.
Aquí trobaràs el perquè de les coses per valdre'ns per nosaltres mateixos!
PRÈVIES
De vegades serveix molt bé fer servir el simil de l'aigua d'una cascada per entendre l'electricitat. Vegem:
Energia: Quantitat d'energia acumulada. Farem servir els Wh o kWh (que són 3600000 Joules). No confondre amb els Watis (W) o els KiloWatios (kW), quan porta la h vol dir que és una unitat de quantitat d'energia acumulada, la h significa les hores durant les quals s'emet certa quantitat de watts, per saber quanta energia has acumulat. Posar kwh és com posar Joules o Calòries, són unitats de quantitat, no de potència. De vegades, per exemple en bateries, trobareu Ah (ampers · hora) que es pot fer servir assumint que sempre estem en el mateix voltatge durant tot el càlcul, ja que si no variarà, No importa si multipliques o no. Pel simil seria la quantitat d'aigua que hi ha a sobre la cascada, preparada per caure, si el que volem saber és l'energia acumulada (bateries) o baix de la cascada, si el que volem saber és l'energia gastada (calor dissipada o convertida en esforç mecànic)
Potència: quantitat d'energia que es pot emetre per unitat de temps. És a dir, si tenim molta energia acumulada (kWh) els podem deixar anar de cop o lentament, segons la potència (w) que lliuri l'equip emissor. Farem servir els Watts o Kilowatts kW (que són 1000 Joules cada segon). Al simil dependària de l'amplada del riu i l'alçada de la cascada.
Intensitat: quantitat d'electricitat (electrons) movent-se per un material. (no confondre amb velocitat, que seria els metres que avança cada electró a cada segon i que habitualment són molt pocs encara que la resposta elèctrica de punt a apunta d'un cable sigui pràcticament instantània ja que s'empenyen l'un a l'altre com un pèndol de boles). Unitat Ampers. Al simil seria el cabal d'aigua que cau per la cascada.
Voltatge: força que empeny els electrons. Unitat Volts. Lògicament a més voltatge més electrons s'empenyen així que és el mateix que dir que més ampers hi haurà. Al símil seria l'alçada de la cascada, a més alçada l'aigua cau més fort.
Resistència: força contrària al voltatge que genera qualsevol medi físic per fregament amb el moviment dels electrons. Unitat Ohms. Al simil de la cascada dependària de l'amplada del canal per on es mou l'aigua, si és molt petit l'aigua avança confinada i pressionada pel que perd força d'avenç, en el cas elèctric perd voltatge i es dissipa en forma de calor.
Noteu que el simil no funciona en la següent situació. El voltatge aconsegueix arrencar més electrons als atoms del material del cable i posar-los en moviment. En el cas de l'aigua si pugem l'alçada de la cascada no es mou més aigua, sinó que simplement cau amb més força, ja que és un fluid no un metall i es mou tota en bloc en comptes d'anar-hi “enlairant-se” les molècules una a una segons la força d'empenta.
Noteu que si pugem el voltatge, arrosseguem més electrons que és el mateix que dir que puja la intensitat. Si hi ha més electrons movent-se hi ha més fregament i per tant es genera més calor i es pot fondre el cable. Per evitar això farem servir cables més gruixuts que tinguin més material perquè circulin els electrons còmodament sense generar tant “fregament”.
*normalment els valors que nosaltres podem gestionar són el de voltage i el de resistència que varia segons el tipus material i la seva secció, la intensitat és una conseqüència de la combinació dels dos. No podem crear intensitat, només podem jugar amb els altres dos per obtenir una intensitat desitjada.
Fórmules més comunes:
La potència (elèctrica) a W la calculem multiplicant la força d'empenta dels electrons (voltatge) per la quantitat que es posen en moviment (intensitat), és a dir:
P = V · I
L'energia elèctrica acumulada la podem mesurar a Wh, és a dir multiplicant el temps durant el qual uns watts s'han anat acumulant.
Wh = P · temps en hores
Quan busquem preus de plaques hem de saber:
-Potència màx que emeten a ple sol segons les nostres necessitats: la dóna el fabricant.
-Voltatge màxim a ple sol segons les nostres necessitats: la dóna el fabricant. Habitualment de 12v, 24v, 48v… Noteu que en realitat les plaques són cel·les que generen un voltatge molt petit que se sumen en sèrie i al final totes jutnes lliuren els volts que ens diu el fabricant segons la quantitat de cel·les que hagi posat.
-Tipologia i dimensions, per saber si ens serà útil per als nostres requeriments. Vegem a continuació:
1- Quina potència de plaques necessito?
-Primer necessitem preveure què consumirem, sumant les potències de consum de cada aparell. Trobarem la potència en kW ja sigui a la caixa, a la descripció de l'article d'internet o preguntant al fabricant. Quan sàpigues la potència de cadascun, usant la fórmula kW = P · Temps, multiplicarem pel temps en hores que utilitzarem cada aparell. Si ho fem servir 10 minuts, multipliquem per 0,1 hores. La suma final de tots els aparells ens donarà la quantitat denergia que consumim al cap dun dia en kWh.
-Aplicar-li un 70% de rendiment. Cap placa rendirà al 100%, generalitzem amb aquest 70%.
-Decidir quants dies d'autonomia volem poder aguantar. És a dir si és una setmana de pluja i la placa no recarregarà la bateria, el dia que surti el sol, necessitarem recarregar el necessari per aguantar aquests dies sense tornar a recarregar. Així doncs, si sabem els kWh que necessitem recarregar pel consum d'un dia, i estableix-me que volem poder aguantar dos dies, el dia que faci sol hem de recarregar el doble dels kWh perquè aguanti dos dies sense recàrrega (en cas que hàgim previst comprar una bateria que permeti emmagatzemar-los).
-Tenir en compte les pitjors condicions, que seria al gener quan el sol recarregués la placa durant 4 hores efectives i les millors condicions serien a l'estiu durant 7h efectives. Farem servir la pitjor situació com a punt de partida.
Exemple:
·PC Portàtil: 45w x 2hores d'ús diàries = 90Wh
· Leds: 20w durant 4h = 80Wh
·Càrrega de mòbil: Al carregador posa 5v i 2A. Com P=V·I= 5*2= 10W i triga una hora a carregar = 10Wh
·(Nevera: compte perquè no està funcionant les 24 hores és un cas especial que depèn de la temperatura exterior i el bon aïllament)
·Etc…
TOTAL: 90 +10+80 = 180 Wh és la quantitat d'energia que consumim en un dia.
Li apliquem el rendiment: 180 / 0,7 = 258 Wh és la quantitat d'energia que la placa ha de subministrar cada dia per proveir el consum que tenim.
A l'hivern només funcionària durant 4h, és a dir: 258/4 = 64,5 W seria la potència necessària que han de tenir les plaques perquè en 4h tinguem l'energia suficient acumulada a la bateria per aguantar un dia.
Si volem aguantar dos dies d'autonomia amb pluja, necessitem que acumulin el doble d'energia durant les mateixes 4h, per tant necessitem el doble de potència: 64,5 x 2dias = 130 W
Necessitem plaques que ens donin com a mínim 130 W. (aquest valor és baix, aqui no he contado la nevera que podria sumar muchissimo mas, a la realitat podeu tenir molts més consums com la bomba d'aigua, la calefacció, la música quan el motor està parat i tot el que se us acudeixi connectar, a més tingueu en compte que la bateria si no és de liti, només es pot descarregar fins a la meitat, però això ho veiem a l'apartat de bateries)
2 Quin voltatge de placa necessito?
Em electrocutaré? he de triar el més baix possible?
L'ésser humà té el llindar de percepció de l'electricitat a partir dels 30 volts, i ho nota amb claredat a partir dels 70. Això pot variar amb cada persona ja que depèn de la resistència de la pell i la seva humitat. Com V = I · R necessitarem mínim aquests 30 volts perquè comenci a passar prou intensitat perquè ho notem. Aquesta intensitat ronda els 0.0005 Amperes. A 220v de Corrent alterna passarien 0.005 amperes, i ja si que ens pot causar lesions. Si arribessin a passar més de 10 amperes pel nostre cos moriríem al moment, però tranquils caldria un voltatge molt elevat per poder empènyer i moure tants electrons donat l'alta resistència del nostre cos.
Vídeo experimental: https://www.youtube.com/watch?v=z6j8OBH6SRQ
És a dir a 12 o 24 volts no hi ha cap perill d'electrocutar-se. Aleshores perquè 12 o 24?
Sabent que P = V · I, per a una mateixa potència de plaques, com més voltatge tinguin, menys intensitat passés pel cable. Com que tenim un límit d'espai al sostre, tenim un límit de potència que podem instal·lar. Si aquesta potència està a 24v, pel cable passés menys electricitat que si està a 12v ja que en comptes de moure més electrons el que fem és moure'ls amb més força. És preferible que passi menys intensitat, perquè així es crea menys resistència i la secció dels cables pot ser més petita ja que no s'escalfessin tant, seran més barats, i tindran menys perdudes per transmissió que al final del dia el que volem és no perdre aquests watts q ens ofereix la placa a través del cable. Així que per a grans consums que necessiten molta potència, millor fem servir 24v.
Un altre avantatge d'usar 24v és que en dies ennuvolats la placa generés menys voltatge, per exemple un 40% menys, que serien 14,4v, encara suficient per carregar bateries de 12v. En canvi, si la placa és de 12v, el 40% menys són 4,8v, insuficient per carregar bateries.
3.Quin tipus de placa necessito?
Totes les plaques perden efectivitat a mesura que puja la temperatura
Policristal·lines: funcionen bé amb molt de sol encara que s'escalfen però no rendeixen bé a l'ombra. Compra-les si ets del sud.
Monocristal·lines: funcionen malament quan s'escalfen molt però absorbeixen millor l'energia en dies ennuvolats. T'anirà millor si ets del nord.
4. Com col·loco la placa?
En base al que s'ha comentat al fòrum, cada ITV és un món i no està gaire clara la normativa.
-Sense homologar:
·Pots foradar la xapa per passar els cables però no pots fer una fixació mecànica com seria un cargol. Aleshores el passacables pots enganxar-ho amb cola sikaflex. Una altra opció és passar els cables directament per la porta si vols estalviar-te el forat al sostre (he paat totes les ITV amb els cables per la porta).
Opció 1: La placa rígida o deformable enganxada al sostre. En el cas de la placa rígida, té un gruix, i això implica que l'aire que hi ha entre la placa i el sostre a l'espai que es dóna a causa de l'alçada dels marcs de la placa, conté aire. Si no ventila, aquest aire puja molt de temperatura i això baixa el rendiment de la placa, per això, si el teu sostre és llis i no pot sortir l'aire, es recomana trepar foradets en el marc d'alumini de la placa perquè ventili. En el cas de la placa deformable, que és molt més prima i no té marcs, està tota en contacte amb el sostre sense aire, i s'escalfa extremament ja que només ventila per una cara, no hi ha manera d'evitar-ho.
Opció 2: Placa rígida aixecada 10cm del sostre. No pots cargolar res a la xapa sense homologar però si tens baca o vols comprar-te una, pots fixar la placa cargolada a la baca. Com no cargols a la xapa sinó a la baca, i es considera que el vehicle preveu el cargolament d'una baca i la càrrega de forma legal, no cal homologar (he passat diverses ITV així). Una altra opció en comptes de baca és fer servir cantoneres per aixecar la placa, en venen moltes en aliexpress. La placa aniria cargolada a les cantoneres i les cantoneres amb cola d'alta resistència sikaflex a la xapa. És MOLT perillós perquè l'aire entra a tota velocitat entre la placa i el sostre quan la furgo està en marxa i faria l'efecte vela contra la placa empenyent-la amb molta força i hi ha altes possibilitats d'enlairar-la (he pogut llegir comentaris de gent que li ha sortit volant a mitja autopista). Si es fa servir aquest mètode, que no ho recomano en absolut, cal posar un perfil en forma de L davant o alguna cosa que tapi l'entrada d'aire frontal i evitar que entri directament sota la placa.
-Aprovant:
Cargolem la placa al sostre oa les cantoneres i aquestes al sostre. És més car perquè necessites projecte d'homologació amb un enginyer i a més per foradar la xapa del sostre no és fàcil, així que el mateix no ho pots fer tu i ho hauràs de portar a un xapista que et cobrarà.
5. Què secció de cable necessito per a la placa?
Les plaques generen diferent voltatge segons la quantitat de llum que us arriba que depèn de l'hora, els núvols i l'angle del sol. Una placa de 12v a màxima potència, pot arribar als 25v i una de 24v pot arribar als 50v.
Hi ha taules per saber la secció de cable necessària segons els ampers que passin, perquè el cable no se sobreescalfi.
Guia – secció cable segons longitud i amperes
Així que primer necessitem saber quants ampers passaran:
P = V · I -> I = P / V
Intensitat que passa pel cable = potència màxima de la placa / 25v o 50v segons la placa que hàgim comprat (recorda que són els pics, és a dir la placa de 24 pot arribar a 50v quan el sol del migda dóna de ple sense núvols)
6.Perquè necessito un regulador?
Els aparells reguladors es posen entre les plaques i les bateries. Serveixen per enviar una voltatge estable i continu a la bateria ja que el que arriba de la placa és canviant i no és bo per a la vida útil de les bateries. També permeten connectar un inversor o qualsevol cable de consum que funcioni amb el voltatge de sortida que ofereixen com poden ser LEDs i altres. És aconsellable connectar-hi tota l'electrònica de la furgo en comptes de directament a la bateria ja que així el regulador gestiona l'energia que va directa de la placa al consum sense passar per la bateria i allargant-ne la vida útil..
Per això cal tenir en compte que només podem connectar la potència màxima que generin els ampers admesos pel regulador, sinó ho cremarem. És a dir si el regulador és de 30 amperes, i converteix l'electricitat que us arriba de les plaques de 24v a 12v per a la bateria o per al consum, no podem connectar aparells les potències dels quals sumades a aquests 12v generin una intesitat superior a 30 amperes. És a dir, en el cas d'un regulador de 30a: P= 30 *12 = 360w són els que podrà subministrar el regulador. Si volem endollar més coses el connectem directe a bateria (també caldria mirar que potència límit pot donar la bateria i linversor però això en el punt de bateries).
Per exemple si el que vols és fer servir els 400w que genera la teva placa de 24v per carregar la bateria o el que sigui, necessites saber en quina situació gestionarà més ampers, que sempre serà on hi hagi menys voltatge, en aquest cas és a la sortida del regulador a 12v, ja que P=V·I pel que 400=12·I llavors I= 33 amperes. Necessites comprar un regulador que gestioni 30 ampers com a mínim per aprofitar els 400w de la teva placa, ja que en realitat tindràs marge perquè serà una mica menys pel rendiment de les plaques explicat abans. Una altra opció és que només decideixis connectar un total de consums de 200w al regulador, llavors només necessitessis un regulador de 16 ampers més barat, però és clar que estàs desaprofitant la meitat de la placa.
Així doncs el recomanable és fer servir la sortida del regulador de 12v per a llums, ports usb, portàtil, bomba d'aigua i coses de baix consum i calcular els ampers sobre la base d'aquests consums. I després endollar un inversor directe a bateria per a consums extrems a 220v com pot ser l'assecador, el microones, un trepant en un moment puntual, aire condicionat… ja que la bateria habitualment si està preparada per superar aquests 30 amperes (sempre dimensionant correctament els cables ja que més de 30 amperes és moltíssim i se't poden fondre i incendiar-te la furgo).
Hi ha dos tipus de reguladors: MPPT i PWM
PWM: són els més senzills però no poden canviar el voltatge. Poden treballar a 12v oa 24v, però no poden fer la conversió, així que per connectar plaques de 24v necessitaríem bateries de 24v.
Sempre es connecta primer la bateria a l'aparell perquè reconegui el voltatge i després les plaques a l'aparell, mai al revés sinó pots fer-los malbé.
MPPT: són més cars però aprofiten molt millor l'energia solar a qualsevol hora ja que poden convertir el voltatge que arriba de la placa al voltatge que va cap a la bateria mantenint aquest últim constant.
7. Es poden col·locar plaques solars de diferent voltatge?
La resposta ràpida seriosa NO. Encara que es pot donar algun cas excepcional com que tinguem una placa solar de 200w a 12v i una placa solar de 200w a 24v, en aquest cas es podrien posar en sèrie amb un regulador MPPT.
Però posar plaques de diferents capacitats i voltatges, l'únic que aconseguiríem és limitar el conjunt a la potència del panell més petit.
